JPH04215469A - Formation method of complementary bipolar transistor - Google Patents

Formation method of complementary bipolar transistor

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JPH04215469A JP3031470A JP3147091A JPH04215469A JP H04215469 A JPH04215469 A JP H04215469A JP 3031470 A JP3031470 A JP 3031470A JP 3147091 A JP3147091 A JP 3147091A JP H04215469 A JPH04215469 A JP H04215469A
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    • Y10S148/011Bipolar transistors

Abstract

PURPOSE: To provide a method for forming a complementary bipolar transistor body structure, while utilizing a self-alignment technique. CONSTITUTION: This process requires only minimum masking steps, because of the simultaneous formation of a PNP emitter contact 71C and NPN additional base contacts 71A and 71B and the similar simultaneous formation of an NPN emitter contact 52C and a PNP additional base contact 52D. The problem of conventional automatic doping generated at the time of patterned subcollector formation is canceled by the P<+> -subcollector formation of a PNP transistor due to ion implantation.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、一般に半導体デバイス
に関するものであり、とりわけ、相補形バイポーラ・ト
ランジスタを形成するための方法及びその結果生じる構
造体に関するものである。
TECHNICAL FIELD This invention relates generally to semiconductor devices and, more particularly, to a method and resulting structure for forming complementary bipolar transistors.

【0002】0002

【従来の技術】バイポーラ・トランジスタ・デバイスの
分野の場合、一般に認められているように、相補形トラ
ンジスタ、すなわち、NPN形とPNP形の両方のトラ
ンジスタを単一のチップすなわち基板に組み込むのが望
ましい。相補形トランジスタをこうして用いると、動作
時に、一方のトランジスタは、もう一方のトランジスタ
がオフの間は、オンになっているのが普通であり、両タ
イプのトランジスタとも、ほぼ同時にオン/オフ状態を
変化させる。この相補動作の結果、電力消費の減少及び
信号ノイズの低下といった、半導体チップ特性の向上が
得られる。
BACKGROUND OF THE INVENTION In the field of bipolar transistor devices, it is generally accepted that it is desirable to incorporate complementary transistors, i.e. both NPN and PNP transistors, on a single chip or substrate. . When complementary transistors are used in this manner, during operation, one transistor is typically on while the other is off, and both types of transistors are in an on/off state at approximately the same time. change. This complementary operation results in improved semiconductor chip characteristics such as reduced power consumption and reduced signal noise.

【0003】ただし、やはり認められているように、単
一の基板に高性能の相補形トランジスタを作りつけるの
は困難である。この困難は、ほとんど、高性能トランジ
スタの作りつけには、高度に特殊化されたプロセスが必
要になり、こうしたプロセスは、NPN形とPNP形の
どちらかのトランジスタに合わせて設定されているとい
う事実によるものである。以前は、単一の基板/チップ
上にNPN形とPNP形の両方の高性能なトランジスタ
を形成する作りつけプロセスを設定するのは極めて困難
であった。
However, it has also been recognized that it is difficult to fabricate high performance complementary transistors on a single substrate. This difficulty is due in large part to the fact that fabricating high-performance transistors requires highly specialized processes, and these processes are tailored for either NPN or PNP transistors. This is due to Previously, it was extremely difficult to set up a built-in process to form both NPN and PNP high performance transistors on a single substrate/chip.

【0004】当該技術の熟練者が、そのうちのいくつか
については、簡単に後述する多くの異なるやり方で、相
補形バイポーラ・トランジスタを作りつけるタスクに取
り組んできた。
Those skilled in the art have approached the task of fabricating complementary bipolar transistors in a number of different ways, some of which will be briefly described below.

【0005】Gothに対する米国特許第4,719,
185号(本発明の譲受人に譲渡された)には、垂直N
PN形及びPNP形トランジスタが、トランジスタ領域
のイオン打ち込みによって形成される、相補形トランジ
スタ構造体が示されている。トランジスタ領域には、後
で金属接点が設けられる。
US Pat. No. 4,719 to Goth,
No. 185 (assigned to the assignee of this invention) includes vertical N
A complementary transistor structure is shown in which PN and PNP transistors are formed by ion implantation of the transistor regions. The transistor areas will later be provided with metal contacts.

【0006】Magdo他に対する米国特許第4,48
5,552号(本発明の譲受人に譲渡された)には、ト
ランジスタ領域に対する慎重に制御された不純物ドーピ
ングを可能にする分離構造体を利用した相補形トランジ
スタ構造体が示されている。PNPデバイスの付随的ベ
ース領域及びエミッタ領域は、ドープしたポリシリコン
領域から外法拡散されている。
No. 4,48 to Magdo et al.
No. 5,552 (assigned to the assignee of the present invention) shows a complementary transistor structure that utilizes isolation structures that allow carefully controlled impurity doping of transistor regions. The incidental base and emitter regions of the PNP device are out-diffused from the doped polysilicon region.

【0007】Ghoshに対する米国特許第3,730
,786号(本発明の譲受人に譲渡された)には、垂直
NPNエミッタ領域と垂直PNPベース領域が、ドープ
した単一の酸化層からの外方拡散によって形成される、
相補形バイポーラ・トランジスタの形成方法が示されて
いる。NPNベース領域及びPNPエミッタ領域は、別
個の拡散によって形成される。
US Pat. No. 3,730 to Ghosh
, 786 (assigned to the assignee of the present invention), in which vertical NPN emitter regions and vertical PNP base regions are formed by outdiffusion from a single doped oxide layer.
A method of forming complementary bipolar transistors is shown. The NPN base region and PNP emitter region are formed by separate diffusions.

【0008】Fairchild Semicondu
ctor Corporation による欧州特許出
願第0  301  468号には、相補形トランジス
タのエミッタ領域及び付随的ベース領域が、ポリシリコ
ンの単層から外方拡散によって形成される、相補形バイ
ポーラ・トランジスタの作りつけプロセスが示されてい
る。この外方拡散は、まず、ポリシリコン層の選択領域
を規定して、ドーピングを施し、次に、デバイスに加熱
して、これらの領域を基板内にまで外方拡散することに
よって行なわれる。エミッタと付随的ベースの分離は、
その間のポリシリコンに対するエッチングに用いられる
タイプのリングラフィの分解能によって制限される。
Fairchild Semiconductor
European Patent Application No. 0 301 468 by ctor Corporation describes a fabrication process for complementary bipolar transistors in which the emitter region and ancillary base region of the complementary transistor are formed by out-diffusion from a single layer of polysilicon. It is shown. This out-diffusion is accomplished by first defining and doping selected areas of the polysilicon layer and then heating the device to out-diffuse these areas into the substrate. The separation of emitter and incidental base is
It is limited by the resolution of the type of phosphorography used to etch the polysilicon in between.

【0009】本発明は、現在のセルフアライメント式ト
ランジスタ製造テクノロジに適合するプロセスを利用し
て、高性能な相補形バイポーラ・トランジスタの製作を
行なう方法の提供を目ざしたものである。
The present invention seeks to provide a method for fabricating high performance complementary bipolar transistors using processes compatible with current self-aligning transistor manufacturing technology.

【0010】0010

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、新し
い、改良された、高性能な相補形バイポーラ・トランジ
スタ構造体及びその製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a new and improved high performance complementary bipolar transistor structure and method of manufacturing the same.

【0011】本発明のもう1つの目的は、高性能な縦形
NPN形及びPNP形トランジスタを含む相補形バイポ
ーラ・トランジスタ構造体を形成するための方法を提供
することにある。
Another object of the present invention is to provide a method for forming complementary bipolar transistor structures including high performance vertical NPN and PNP transistors.

【0012】本発明のもう1つの目的は、セルフアライ
メント式トランジスタ製作テクノロジを利用した、相補
形バイポーラ・トランジスタの製作方法を提供すること
にある。
Another object of the present invention is to provide a method for fabricating complementary bipolar transistors using self-aligned transistor fabrication technology.

【0013】本発明のさらにもう1つの目的は、セルフ
アライメント式エミッタ及びベース領域を含む高性能な
縦形PNP形トランジスタ構造体を提供することにある
Yet another object of the present invention is to provide a high performance vertical PNP transistor structure that includes self-aligned emitter and base regions.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ほぼ平
面の共通表面を備えた電気的に絶縁された少なくとも2
つのN形デバイス領域を含む半導体材料の基板を用意す
るステップと、前記デバイス領域の第1の領域にP形埋
込サブ・コレクタ領域を形成するステップと、該デバイ
ス領域の第2の領域にN形埋込サブ・コレクタ領域を形
成するステップと、第1のデバイス領域の共通表面にN
形ベース領域を形成するステップと、第1のデバイス領
域のベース領域に重ね、また、第2のデバイス領域に重
ねて、Pドープしたポリシリコンの層を形成するステッ
プと、Pドープしたポリシリコンの層にパターンを形成
して、第1のデバイス領域のベース領域にほぼ中心がく
るようにエミッタ接点を形成し、第2のデバイス領域に
ほぼ環状のベース接点を形成するステップと、パターン
形成された、Pドープしたポリシリコン層に重ねて絶縁
材料の層を形成するステップと、デバイスに重ねてほぼ
等角にNドープしたポリシリコン層を形成するステップ
と、Nドープしたポリシリコン層にパターン形成して、
第1のデバイス領域のエミッタ接点をほぼ包囲するベー
ス接点を形成し、第2のデバイス領域のベース接点によ
ってほぼ包囲されたエミッタ接点を形成するステップと
、前記デバイスを少なくとも1回加熱し、第1と第2の
デバイス領域のベース接点及びエミッタ接点からデバイ
ス領域に不純物を打ち込み、それによって、第1のデバ
イス領域に縦形PNPトランジスタを形成し、第2のデ
バイス領域に縦形NPNトランジスタを形成するステッ
プとから構成される、相補形バイポーラ・トランジスタ
・デバイスを形成する方法が提供される。
SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the present invention, at least two electrically isolated
providing a substrate of semiconductor material including two N-type device regions; forming a P-type buried sub-collector region in a first region of the device region; forming a buried sub-collector region and depositing N on a common surface of the first device region;
forming a P-doped polysilicon layer overlying the base region of the first device region and overlying the second device region; patterning the layer to form an emitter contact approximately centered on the base region of the first device region and a generally annular base contact in the second device region; , forming a layer of insulating material overlying the P-doped polysilicon layer, forming a substantially conformal N-doped polysilicon layer overlying the device, and patterning the N-doped polysilicon layer. hand,
forming a base contact substantially surrounding an emitter contact of a first device region and forming an emitter contact substantially surrounded by a base contact of a second device region; heating the device at least once; and implanting impurities into the device region from the base contact and the emitter contact of the second device region, thereby forming a vertical PNP transistor in the first device region and a vertical NPN transistor in the second device region. A method of forming a complementary bipolar transistor device is provided.

【0015】[0015]

【実施例】ここで図面を参照すると、図1には、本発明
に従って相補形バイポーラ・トランジスタを製作するた
め、従来の方法で作られた基板構造体10が示されてい
る。構造体10には、例えば、001オーム・cmの範
囲内の面積抵抗を備えることになるように、従来の結晶
引上げプロセスによって形成されたP+シリコンのスラ
ブ12が含まれている。N形及びP形半導体材料を参照
すると、ドーパント不純物タイプであり、適正な部分に
は、比較的ドーパントが集中していることが明らかであ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring now to the drawings, FIG. 1 shows a substrate structure 10 made in conventional manner for fabricating complementary bipolar transistors in accordance with the present invention. Structure 10 includes a slab 12 of P+ silicon formed by a conventional crystal pulling process to have a sheet resistance in the range of, for example, 0.01 ohm-cm. With reference to N-type and P-type semiconductor materials, it is clear that the dopant impurity type is relatively concentrated in the appropriate areas.

【0016】エピタキシャル成長したP− シリコンの
層14がスラブ12に重なり、一方、エピタキシャル成
長したN− シリコンの層16が、層14に重なってい
る。 間隔をあけて配置された絶縁材料の分離トレンチ18A
、18B、18Cが、層16の上部表面24から下方へ
延びて、スラブ12に入り込み、電気的に絶縁された第
1と第2のデバイス領域26、28が、それぞれ、形成
されている。
A layer 14 of epitaxially grown P-silicon overlies slab 12, while a layer 16 of epitaxially grown N-silicon overlies layer 14. Spaced isolation trenches 18A of insulating material
, 18B, 18C extend downwardly from the top surface 24 of layer 16 into slab 12 to form electrically isolated first and second device regions 26, 28, respectively.

【0017】N+ 埋込領域30が、トレンチ18Bと
18Cの間においてP− 層14に重なって延び、トレ
ンチ18Cに隣接する多量のドーピングを施したN++
の全域に及ぶ領域32によって表面24に接続されてい
る。埋込N+ サブ・コレクタ領域34が、同様に、ト
レンチ18Aと18Bの間においてデバイス領域26を
横切って延び、トレンチ20に隣接するN++の全域に
及ぶ領域36によって表面24に接続されている。二酸
化ケイ素(SiO2)の層44が、構造体10の上部表
面に重ねて、等角に配置されている。
An N+ buried region 30 extends over the P- layer 14 between trenches 18B and 18C, with a heavily doped N++ layer adjacent trench 18C.
It is connected to the surface 24 by a region 32 that spans the entire area. A buried N+ sub-collector region 34 similarly extends across device region 26 between trenches 18A and 18B and is connected to surface 24 by an N++ spanning region 36 adjacent trench 20. A layer 44 of silicon dioxide (SiO2) is conformally disposed overlying the upper surface of structure 10.

【0018】当該技術の熟練者には明らかなように、図
1に示された構造体10は、半導体デバイスを製作する
ための従来の構造体を表わしており、多くの既知のプロ
セスに基づいて形成することが可能である。構造体10
を形成するためのプロセスの一例は、下記の通りである
。 A)従来の結晶引上げによって、スラブ12が形成され
る。 B)層14が、従来のパラメータを利用し、従来のエピ
タキシャル成長リアクタ内で、スラブ10上に、例えば
、約5マイクロ・メートルの厚さになるように、また、
例えば、厚さが約1×1015原子/cm3 の濃度に
なるように成長させられる。 C)層14の表面に対して、例えば、約1×1016原
子/cm2 の用量でヒ素イオンのイオン打ち込みを行
なうことによって、N++形導電率となるようにドーピ
ングが施される。 D)層16が、従来のパラメータを利用し、従来のエピ
タキシャル成長リアクタ内で、層14上に、例えば、約
1.0マイクロ・メートルの厚さになるように成長させ
られる。層16の成長時に、ステップC)において述べ
た多量にドープされた領域が、層16内へ自動拡散し、
領域30及び34を形成する。 E)分離トレンチ18A、18B、18Cが、例えば、
米国特許第4,104,086号または米国特許第4,
307,180号(それぞれ、本発明の譲受人に譲渡さ
れ、参考までに本書に組み込まれている)に示されたプ
ロセスの一方によって形成される。 F)SiO2 の層44が、例えば、従来の熱酸化プロ
セスによって、約0.05〜0.10マイクロ・メート
ルの範囲の厚さになるように形成される。 G)N++の全域に及ぶ領域32及び36が、従来のフ
ォトリソグラフィによるマスキング及びイオン打込みに
よって形成される。
As will be apparent to those skilled in the art, the structure 10 shown in FIG. 1 represents a conventional structure for fabricating semiconductor devices, and is based on a number of known processes. It is possible to form Structure 10
An example of a process for forming is as follows. A) Slab 12 is formed by conventional crystal pulling. B) layer 14 is grown on slab 10 in a conventional epitaxial growth reactor using conventional parameters to a thickness of, for example, about 5 micrometers;
For example, it is grown to a thickness of approximately 1×10 15 atoms/cm 3 . C) The surface of layer 14 is doped to give it an N++ conductivity, for example by implanting arsenic ions at a dose of approximately 1.times.10@16 atoms/cm@2. D) Layer 16 is grown on layer 14 in a conventional epitaxial growth reactor utilizing conventional parameters to a thickness of, for example, about 1.0 micrometer. During the growth of layer 16, the heavily doped regions mentioned in step C) self-diffuse into layer 16;
Regions 30 and 34 are formed. E) Isolation trenches 18A, 18B, 18C are e.g.
U.S. Pat. No. 4,104,086 or U.S. Pat.
No. 307,180 (each assigned to the assignee of the present invention and incorporated herein by reference). F) A layer 44 of SiO2 is formed to a thickness in the range of approximately 0.05 to 0.10 micrometers, for example, by a conventional thermal oxidation process. G) N++ spanning regions 32 and 36 are formed by conventional photolithographic masking and ion implantation.

【0019】ここで、図2を参照すると、埋込P+ サ
ブ・コレクタ領域38が、埋込み領域30に重なるデバ
イス領域26に形成されている。P+ の全域に及ぶ領
域40が、表面24と、N++の全域に及ぶ領域32に
隣接する領域38との間に形成されている。サブ・コレ
クタ領域38とP+ の全域に及ぶ領域40は、従来の
ボロン・イオンによる高エネルギーのイオン打込みによ
って形成するのが望ましい。
Referring now to FIG. 2, a buried P+ sub-collector region 38 is formed in the device region 26 overlapping the buried region 30. A P+ spanning region 40 is formed between the surface 24 and a region 38 adjacent an N++ spanning region 32. Preferably, sub-collector region 38 and P+ full region 40 are formed by high energy ion implantation with conventional boron ions.

【0020】引続き、図2を説明すると、N形ベース領
域42は、例えば、従来のフォトリングラフィによるマ
スキングと、リンのイオン打込みまたは拡散を用いて、
デバイス領域26の表面24に形成される。ベース領域
42は、P+ の全域に及ぶ領域40とトレンチ18B
の中間に位置して、後者に隣接しており、埋込領域30
から間隔があいている。詳細に後述するように、ベース
領域42は、引続き形成される縦形PNPトランジスタ
の実質的ベースとして機能する。ここで、図3を参照す
ると、窒化ケイ素の層46が、例えば、従来の化学蒸着
(CVD)プロセスによって、約0.10マイクロ・メ
ートルの厚さになるように、層44に重ねて形成される
Continuing with FIG. 2, N-type base region 42 is formed using, for example, conventional photolithography masking and phosphorus ion implantation or diffusion.
Formed on surface 24 of device region 26 . The base region 42 includes a region 40 extending over the entire P+ region and a trench 18B.
located in the middle of the latter and adjacent to the latter, the embedded region 30
There is a gap between. As discussed in more detail below, base region 42 serves as a substantial base for a subsequently formed vertical PNP transistor. Referring now to FIG. 3, a layer 46 of silicon nitride is formed overlying layer 44 to a thickness of approximately 0.10 micrometers, for example, by a conventional chemical vapor deposition (CVD) process. Ru.

【0021】引続いて、図3の説明を行なうと、層46
の形成後、従来のフォトリングラフィによるマスキング
(不図示)を利用して、アパーチャ48及び50のマス
キング及びエッチングを行なう。アパーチャ48は、デ
バイス領域28の表面の一部24Aを露出するように配
置され、一方、アパーチャ50は、デバイス領域26に
おけるベース領域42の表面の一部24Bを露出するよ
うに配置されている。層46及び44には、例えば、C
F4/CHF3/Arガスを用いた反応性イオン・エッ
チング・プロセス(RIE)を利用して、エッチングを
施し、アパーチャ48及び50が形成される。
Continuing with the explanation of FIG. 3, layer 46
After formation, apertures 48 and 50 are masked and etched using conventional photolithographic masking (not shown). Aperture 48 is positioned to expose a portion 24A of the surface of device region 28, while aperture 50 is positioned to expose portion 24B of the surface of base region 42 in device region 26. Layers 46 and 44 may include, for example, C
Apertures 48 and 50 are etched using a reactive ion etching process (RIE) using F4/CHF3/Ar gases.

【0022】ここで、図4を参照すると、P+ ドープ
したポリシリコンの層52が、デバイス10に重ねて等
角に形成される。層52は、例えば、もとの場所にドー
プして、従来のCVDプロセスによって、約0.30マ
イクロ・メートルの厚さになるように形成される。代替
案として、ドーピングを施さずに、層52を蒸着させ(
すなわち、固有のポリシリコン)、それからイオン打込
みによってドープすることも可能である。SiO2 の
層は、例えば、熱酸化によって、約0.10マイクロ・
メートルの厚さになるように、層52に重ねて等角に形
成される。Si3N4の層56は、CVDのプロセスに
よって、約0.15マイクロ・メートルの厚さになるよ
うに、層54に重ねて等角に形成される。
Referring now to FIG. 4, a layer 52 of P+ doped polysilicon is formed conformally overlying device 10. Referring now to FIG. Layer 52 is, for example, doped in-situ and formed by a conventional CVD process to a thickness of approximately 0.30 micrometers. Alternatively, layer 52 may be deposited without doping (
i.e. native polysilicon) and then doped by ion implantation. A layer of SiO2 can be deposited, for example by thermal oxidation, to about 0.10 microns.
It is formed conformally overlapping layers 52 to a thickness of meters. A layer 56 of Si3N4 is formed conformally overlying layer 54 to a thickness of approximately 0.15 micrometers by a CVD process.

【0023】ここで、図5を参照すると、従来のフォト
リングラフィによるマスク58を利用して、それぞれ、
デバイス領域26及び28の表面部分24B及び24A
に重なる層52、54、56の独立した部分にマスキン
グが施される。層52、54、56のマスキングを施さ
れていない部分が除去され、表面24Bに重なる整合の
とられた部分52A、54A、及び、56A、及び、表
面24Aに重なる整合のとられた部分52B、54B、
及び、56Bが残される。層56、54、及び、52は
、例えば、CF4/CHF3/Ar、さらにCl2 ガ
スを活用し、RIEプロセスを利用することによって順
次エッチングが施される。
Referring now to FIG. 5, using a conventional photolithographic mask 58,
Surface portions 24B and 24A of device regions 26 and 28
Masking is applied to independent portions of layers 52, 54, and 56 that overlap. The unmasked portions of layers 52, 54, 56 are removed, resulting in aligned portions 52A, 54A, and 56A overlying surface 24B, and aligned portions 52B overlying surface 24A. 54B,
And 56B is left. Layers 56, 54, and 52 are sequentially etched using a RIE process, for example, utilizing CF4/CHF3/Ar and then Cl2 gas.

【0024】ここで図6を参照すると、第2のフォトリ
ングラフィによるマスク60を利用して、ベース領域4
2のほぼ中央に重なる層の整合のとられた部分52C、
54C、56C、及び、表面24Aの中央領域にほぼ外
接した層の整合のとられた部分52D、54D、56D
にマスキングが施される。次に、デバイスのエッチング
が施され、これらの層の除去される部分が、アパーチャ
62、64によって示される。層56、54、及び、5
2の部分に対するこのエッチングは、上記と同じエッチ
ング液を利用し、RIEプロセスによって実行される。 詳細に後述するように、残りのポリシリコン領域52C
は、引続き形成されることになる垂直PNP形トランジ
スタに対するエミッタ接点及びドーパント不純物源とし
ての働きをする。同様に、残りのポリシリコン領域52
Dは、引続き形成されることになる垂直NPNトランジ
スタに対するベース接点及び付随的ベース・ドーパント
不純物源としての働きをする。
Referring now to FIG. 6, a second photolithographic mask 60 is utilized to define the base region 4.
2. A matched portion 52C of the layers overlapping approximately in the center of 2;
54C, 56C and aligned portions 52D, 54D, 56D of the layer generally circumscribing the central region of surface 24A.
Masking is applied to The device is then etched and the portions of these layers to be removed are marked by apertures 62, 64. Layers 56, 54, and 5
This etching for portion 2 is performed by an RIE process utilizing the same etching solution as above. As will be described in detail later, the remaining polysilicon region 52C
serves as the emitter contact and dopant impurity source for the vertical PNP transistor that will subsequently be formed. Similarly, the remaining polysilicon region 52
D serves as a base contact and ancillary base dopant impurity source for the vertical NPN transistor that will subsequently be formed.

【0025】引続き図6の説明を行なうと、アパーチャ
64は、例えば、約0.05マイクロ・メートルといっ
た短い距離だけ拡大されて、ベース領域42の表面に入
り込み、ベース領域42の隆起したペデスタル部分42
Aに外接している。アパーチャ62は、同様に、同じ距
離だけ拡大されて、デバイス領域28の表面24Aに入
り込み、凹所28Aを形成している。デバイス領域26
及び28のシリコンには、例えば、Cl2/O2/Ar
ガスを用い、RIEプロセスを利用してエッチングが施
される。シリコン表面24A、24Bに対するこのオー
バ・エッチングの実施によって、ポリシリコン領域52
Cまたは52Dの望ましくない残存物がアパーチャ62
または64内に残らないことが保証される。マスク60
は、従来のやり方で除去される。
Continuing with the discussion of FIG. 6, aperture 64 is enlarged a short distance, eg, about 0.05 micrometers, into the surface of base region 42 and into raised pedestal portion 42 of base region 42.
It is circumscribed by A. Aperture 62 is similarly enlarged by the same distance into surface 24A of device region 28, forming recess 28A. Device area 26
and 28 silicon, for example, Cl2/O2/Ar
Etching is performed using gas and RIE process. This over-etching of silicon surfaces 24A, 24B results in polysilicon regions 52
C or 52D undesirable remnants are present in the aperture 62.
or 64. mask 60
are removed in a conventional manner.

【0026】図6に関連してさらに続けると、シリコン
の欠陥を直し、ベース接点54D内のドーパント不純物
を下方へ拡散して、デバイス領域28に入り込ませ、P
+ 付随的ベース領域68が形成されるように、エミッ
タ接点52Cからドーパント不純物を下方へ拡散して、
デバイス領域26に入り込ませ、P+ エミッタ領域6
9が形成されるようにする。次に、実質的P形ベース領
域66が、例えば、ボロン・イオンのイオン打込みによ
って、アパーチャ62を介しデバイス領域28に形成さ
れる。注目されるのは、アパーチャ64は、イオン打込
み時に、フォトリソグラフィによるマスクによってブロ
ックできるという点である。しかし、領域42にNドー
ピングを施すことによって、P形イオン打込みが克服さ
れる。
Continuing with reference to FIG. 6, the silicon defects are repaired and the dopant impurity in base contact 54D is diffused down into device region 28 and P
+ Diffusing dopant impurities downward from emitter contact 52C to form additional base region 68;
into the device region 26, P+ emitter region 6
9 is formed. A substantially P-type base region 66 is then formed in the device region 28 through the aperture 62 by, for example, boron ion implantation. It is noted that aperture 64 can be blocked by a photolithographic mask during ion implantation. However, by N-doping region 42, P-type ion implantation is overcome.

【0027】ここで、図7を参照すると、構造体10に
重なる層の露出した全ての垂直エッジは、66A−Eで
表示の酸化物/窒化物による保護側壁によってカバーさ
れる。これらの側壁66A−Eは、例えば、SiO2及
びSi3N4 の順次ブランケット蒸着、及び、後続の
異方性エッチングによって形成され、指示された側壁が
残ることになる。側壁形成の適合するプロセスが、本発
明の譲受人に譲渡され、参考までに本書に組み込まれた
、Poggeに対する米国特許第4,256,514号
に示され、解説されている。
Referring now to FIG. 7, all exposed vertical edges of the layers overlying structure 10 are covered by protective oxide/nitride sidewalls labeled 66A-E. These sidewalls 66A-E are formed, for example, by sequential blanket deposition of SiO2 and Si3N4 followed by anisotropic etching, leaving the indicated sidewalls. A suitable process for sidewall formation is shown and described in US Pat. No. 4,256,514 to Pogge, assigned to the assignee of the present invention and incorporated herein by reference.

【0028】ここで、図8を参照すると、N+ ドープ
したポリシリコン層71が、アパーチャ62及び64を
充填するため、構造体10に重ねて等角に蒸着される。 注目されるのは、層71が、絶縁材料54C−D、56
C−D、及び、絶縁側壁66A−Eの介在によって、ポ
リシリコン領域52C及び52Dから絶縁されるという
点である。層71は、例えば、そのままでのドーピング
を利用した従来のCVDプロセスによって、あるいは、
代替案として、真性のポリシリコンを蒸着し、その後で
イオン打込みまたは拡散によるドーピングを行なうこと
によって、約0.20マイクロ・メートルの厚さに形成
される。
Referring now to FIG. 8, an N+ doped polysilicon layer 71 is deposited conformally overlying structure 10 to fill apertures 62 and 64. It is noted that layer 71 is made of insulating material 54C-D, 56
CD and is insulated from polysilicon regions 52C and 52D by the intervening insulating sidewalls 66A-E. Layer 71 may be formed, for example, by a conventional CVD process using in-situ doping, or
Alternatively, intrinsic polysilicon may be deposited to a thickness of approximately 0.20 micrometers by subsequent ion implantation or diffusion doping.

【0029】引続き図8の説明を行なうと、デバイスは
、例えば、20分間にわたり880℃で従来の焼なまし
プロセスを受ける。この焼なましによって、ドーパント
不純物が層71から下方へ拡散して、下方に位置するデ
バイス領域に入り込む。こうして、デバイス領域26に
はN+ 付随的ベース領域70、72が形成され、デバ
イス領域28には、N+ エミッタ領域74が形成され
る。
Continuing with the discussion of FIG. 8, the device is subjected to a conventional annealing process at 880° C. for, for example, 20 minutes. This annealing causes dopant impurities to diffuse downwardly from layer 71 into underlying device regions. Thus, N+ ancillary base regions 70, 72 are formed in device region 26, and N+ emitter regions 74 are formed in device region 28.

【0030】以上から明らかなように、デバイス領域2
8には、エミッタ領域74、実質的ベース領域66、付
随的ベース領域68、及び、サブ・コレクタ領域34を
含む、垂直NPNトランジスタが形成された。同時に、
本発明によれば、デバイス領域26には、垂直PNP形
トランジスタが形成された。このPNP形トランジスタ
には、エミッタ領域69、付随的ベース領域70、72
、実質的ベース領域42、及び、サブ・コレクタ領域3
8が含まれている。
As is clear from the above, device area 2
8, a vertical NPN transistor was formed including an emitter region 74, a substantial base region 66, an incidental base region 68, and a sub-collector region 34. at the same time,
According to the present invention, a vertical PNP transistor was formed in the device region 26. This PNP transistor includes an emitter region 69, ancillary base regions 70, 72
, a substantial base region 42, and a sub-collector region 3
Contains 8.

【0031】ここで、図9を参照すると、従来のフォト
リングラフィによるマスキング技法を用いて、層71に
パターン形成が施され、エミッタ接点52Cの横方向の
側部境界をなし、絶縁側壁66Cによってそれから間隔
をあけた位置につく付随的ベース接点領域71A、71
Bが残ることになる。この層71のパターン形成によっ
て、さらに、ほぼ中心が付随的ベース接点52D内に位
置し、側壁66Bによってそれから絶縁された、エミッ
タ接点領域71Cが残される。層71は、例えば、Cl
2/O2/Arガスを用いたRIEプロセスを利用する
ことによって形成される。
Referring now to FIG. 9, layer 71 is patterned using conventional photolithographic masking techniques to form the lateral side boundaries of emitter contact 52C and to be bounded by insulating sidewalls 66C. Additional base contact areas 71A, 71 spaced therefrom
B will remain. The patterning of this layer 71 also leaves an emitter contact region 71C located approximately centrally within the collateral base contact 52D and isolated therefrom by sidewalls 66B. The layer 71 is made of, for example, Cl
It is formed by using an RIE process using 2/O2/Ar gas.

【0032】ここで、図10を参照すると、電気接点を
受けるために形成されたアパーチャ、すなわち、NPN
ベース接点52Dに対するアパーチャ75、NPNサブ
コレクタのN++の全域に及ぶ領域36に対するアパー
チャ76、PNPエミッタ接点52Cに対するアパーチ
ャ78、PNPサブコレクタのP+の全域に及ぶ領域4
0に対するアパーチャ80、及び、PNPアースのN+
+の全域に及ぶ領域32に対するアパーチャ82を備え
たデバイスが、示されている。これらのアパーチャのそ
れぞれは、従来のフォトリングラフィによるマスキング
と、それに続く、酸化物に窒化物を重ねたスタックに対
するエッチングによって形成される。このエッチングは
、例えば、CF4/CHF3/Arガスを用いた、RI
Eプロセスを利用して形成される。
Referring now to FIG. 10, an aperture formed to receive an electrical contact, ie, an NPN
Aperture 75 to base contact 52D, aperture 76 to N++ spanning region 36 of the NPN subcollector, aperture 78 to PNP emitter contact 52C, region 4 spanning P+ of the PNP subcollector
Aperture 80 to 0 and N+ of PNP ground
A device is shown with an aperture 82 to a region 32 spanning +. Each of these apertures is formed by conventional photolithographic masking followed by etching into the oxide-on-nitride stack. This etching can be performed using, for example, RI gas using CF4/CHF3/Ar gas.
It is formed using the E process.

【0033】図10、図11、及び、図12をまとめて
参照すると分るように、デバイス領域28のNPNトラ
ンジスタは、必然的に全体が矩形をなし、エミッタ領域
74がベース領域66、68によって包囲されている。 一方、デバイス領域26におけるPNPトランジスタの
エミッタ領域69は、全体が、横方向に延びる付随的ベ
ース領域70及び72に対してブリッジを形成しており
、実質的ベース領域42によって包囲されている。
As can be seen by referring to FIGS. 10, 11, and 12 collectively, the NPN transistor in device region 28 is necessarily rectangular in its entirety, with emitter region 74 bounded by base regions 66 and 68. Besieged. On the other hand, the emitter region 69 of the PNP transistor in the device region 26 forms a bridge to the laterally extending collateral base regions 70 and 72 and is substantially surrounded by the base region 42 .

【0034】図10及び図11に示すデバイスは、従来
のマルチ・レベル・メタライゼーションを用いることに
よって完成されるが、該メタライゼーションの多くのタ
イプは、当該技術の熟練者には既知のところである。
The devices shown in FIGS. 10 and 11 are completed using conventional multi-level metallization, many types of which are known to those skilled in the art. .

【0035】こうして、同じ半導体基板に形成される相
補形バイポーラ・デバイス、すなわち、相補形NPNト
ランジスタ及びPNPトランジスタを製作するための新
しい、改良された方法が得られることになる。PNPト
ランジスタの製作に用いられたプロセス・ステップは、
最先端水準をなすセルフアライメント式トランジスタ製
作技法である。PNPトランジスタには、許容差の厳し
いフォトリングラフィによるアライメント、とりわけ、
絶縁側壁によって決定されるベース接点とエミッタ接点
とのスペーシングを必要とせずに形成される、セルフア
ライメント式領域が含まれている。
There is thus a new and improved method for fabricating complementary bipolar devices, ie, complementary NPN and PNP transistors, formed on the same semiconductor substrate. The process steps used to fabricate the PNP transistor are:
This is a state-of-the-art self-aligning transistor manufacturing technique. PNP transistors require tight tolerance photolithography alignment, especially
A self-aligning region is included that is formed without the need for base and emitter contact spacing determined by insulating sidewalls.

【0036】本発明の用途は、集積回路の形成にあり、
とりわけ、超大規模集積(VLSI)回路の分野にある
The application of the invention is in the formation of integrated circuits,
Particularly in the field of very large scale integration (VLSI) circuits.

【0037】特定の実施例に関連して、本発明の例示及
び解説を行なってきたが、当該技術の熟練者には、本発
明の精神及び範囲内に納まる多くの変更、修正、及び、
改良が思い浮かぶであろう。
Although the present invention has been illustrated and described with respect to specific embodiments, those skilled in the art will recognize that many changes, modifications, and changes will occur within the spirit and scope of the invention.
Improvements may come to mind.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明は、先行技術に比べて多くの重要
な利点を提供するものである。PNPエミッタ接点及び
NPN付随的ベース接点の同時形成、及び、NPNエミ
ッタ接点及びPNP付随的ベース接点の同様の同時形成
により、本発明のプロセスは、最小数のマスキング・ス
テップしか必要としない。イオン打込みによるPNPト
ランジスタのP+ サブ・コレクタ形成によって、パタ
ーン形成されたサブ・コレクタの形成時に生じる、従来
の自動ドーピングの問題が解消される。さらに、イオン
打込みされたP+ サブ・コレクタ領域の直列抵抗は、
デバイスの飽和を阻止するのに望ましい小ささである。 ベース抵抗Rbbは望ましい小ささであり、ベース/エ
ミッタ接合容量及びベース/コレクタ接合容量は、NP
Nトランジスタ及びPNPトランジスタの両方とも小さ
い。
The present invention provides a number of significant advantages over the prior art. Due to the simultaneous formation of the PNP emitter contact and the NPN collateral base contact, and the similar simultaneous formation of the NPN emitter contact and the PNP collateral base contact, the process of the present invention requires a minimal number of masking steps. Formation of the P+ sub-collector of a PNP transistor by ion implantation eliminates the conventional automatic doping problems that occur when forming patterned sub-collectors. Furthermore, the series resistance of the ion-implanted P+ sub-collector region is
This is the desired small size to prevent device saturation. The base resistance Rbb is desirably small, and the base/emitter junction capacitance and base/collector junction capacitance are NP
Both N and PNP transistors are small.

【0039】結果得られるNPNトランジスタは、高性
能デバイスであり、一方、PNPトランジスタも、NP
Nトランジスタに近い速度及び周波数応答を含む、優れ
た、高性能な動作特性を示す。
The resulting NPN transistor is a high performance device, while the PNP transistor also
It exhibits excellent, high-performance operating characteristics, including speed and frequency response close to that of an N-transistor.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明による相補形バイポーラ・トランジスタ
・デバイスの製作における一連のステップを表わした断
面図である。
1 is a cross-sectional view depicting a series of steps in the fabrication of a complementary bipolar transistor device according to the present invention; FIG.

【図2】本発明による相補形バイポーラ・トランジスタ
・デバイスの製作における一連のステップを表わした断
面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view depicting a series of steps in the fabrication of a complementary bipolar transistor device according to the present invention.

【図3】本発明による相補形バイポーラ・トランジスタ
・デバイスの製作における一連のステップを表わした断
面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view depicting a series of steps in the fabrication of a complementary bipolar transistor device according to the present invention.

【図4】本発明による相補形バイポーラ・トランジスタ
・デバイスの製作における一連のステップを表わした断
面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view depicting a series of steps in the fabrication of a complementary bipolar transistor device according to the present invention.

【図5】本発明による相補形バイポーラ・トランジスタ
・デバイスの製作における一連のステップを表わした断
面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view depicting a series of steps in the fabrication of a complementary bipolar transistor device according to the present invention.

【図6】本発明による相補形バイポーラ・トランジスタ
・デバイスの製作における一連のステップを表わした断
面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view depicting a series of steps in the fabrication of a complementary bipolar transistor device according to the present invention.

【図7】本発明による相補形バイポーラ・トランジスタ
・デバイスの製作における一連のステップを表わした断
面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view depicting a series of steps in the fabrication of a complementary bipolar transistor device according to the present invention.

【図8】本発明による相補形バイポーラ・トランジスタ
・デバイスの製作における一連のステップを表わした断
面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view depicting a series of steps in the fabrication of a complementary bipolar transistor device according to the present invention.

【図9】本発明による相補形バイポーラ・トランジスタ
・デバイスの製作における一連のステップを表わした断
面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view depicting a series of steps in the fabrication of a complementary bipolar transistor device according to the present invention.

【図10】本発明による相補形バイポーラ・トランジス
タ・デバイスの製作における一連のステップを表わした
断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view depicting a series of steps in the fabrication of a complementary bipolar transistor device according to the present invention.

【図11】図10の構造体の平面図である。FIG. 11 is a plan view of the structure of FIG. 10;

【図12】図10及び図11の12−12で描かれた断
面図である。
12 is a cross-sectional view taken at 12-12 in FIGS. 10 and 11. FIG.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】平面の共通表面を備えた、電気的に絶縁さ
れた少なくとも2つのN形デバイス領域を含む半導体材
料の基板を用意するステップと、前記デバイス領域の第
1の領域にP形埋込サブ・コレクタ領域を形成するステ
ップと、前記デバイス領域の第2の領域にN形埋込サブ
・コレクタ領域を形成するステップと、前記第1のデバ
イス領域の前記共通表面にN形ベース領域を形成するス
テップと、前記第1のデバイス領域の前記ベース領域に
重ね、また、前記第2のデバイス領域に重ねて、Pドー
プしたポリシリコンの層を形成するステップとPドープ
したポリシリコンの前記層にパターン形成して、前記第
1のデバイス領域の前記ベース領域に中心がくるように
エミッタ接点を形成し、前記第2のデバイス領域に環状
のベース接点を形成するステップと、パターン形成され
た、Pドープしたポリシリコンの前記層に重ねて絶縁材
料の層を形成するステップと、デバイスに重ねて等角に
Nドープしたポリシリコンの層を形成するステップと、
Nドープしたポリシリコンの前記層にパターン形成して
、前記第1のデバイス領域の前記エミッタ接点を包囲す
るベース接点を形成し、前記第2のデバイス領域の前記
ベース接点によって包囲されたエミッタ接点を形成する
ステップと、前記デバイスを少なくとも1回加熱し、前
記第1と第2のデバイス領域の前記ベース及びエミッタ
接点から前記デバイス領域に不純物を打込み、それによ
って、前記第1のデバイス領域に縦形PNPトランジス
タを形成し、前記第2のデバイス領域に縦形NPNトラ
ンジスタを形成するステップと、から構成される、相補
形バイポーラ・トランジスタを形成する方法。
1. Providing a substrate of semiconductor material comprising at least two electrically isolated N-type device regions with a planar common surface; and P-type implantation in a first region of the device regions. forming an N-type buried sub-collector region in a second region of the device region; and forming an N-type base region in the common surface of the first device region. forming a layer of P-doped polysilicon overlying the base region of the first device region and overlying the second device region; and forming a layer of P-doped polysilicon overlying the base region of the first device region and overlying the second device region. forming an emitter contact centered on the base region of the first device region and forming an annular base contact in the second device region; forming a layer of insulating material overlying the layer of P-doped polysilicon; and forming a layer of conformally N-doped polysilicon overlying the device;
The layer of N-doped polysilicon is patterned to form a base contact surrounding the emitter contact of the first device region and an emitter contact surrounded by the base contact of the second device region. forming a vertical PNP in the first device region; heating the device at least once and implanting impurities into the device region from the base and emitter contacts of the first and second device regions; forming a vertical NPN transistor in the second device region.
【請求項2】前記基板を用意する前記ステップに、平面
の第1の表面を形成するP形半導体のスラブを用意する
ステップと、前記共通表面を形成するN形半導体層を前
記第1の表面に重ねてエピタキシャル成長させるステッ
プと、前記共通表面から前記スラブ内に延びる絶縁領域
を形成し、前記デバイス領域を分離するステップとが含
まれることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
2. The step of preparing the substrate includes the step of preparing a slab of P-type semiconductor forming a planar first surface, and adding an N-type semiconductor layer forming the common surface to the first surface. 2. The method of claim 1, further comprising the steps of: epitaxially growing the device regions; and forming insulating regions extending into the slab from the common surface to isolate the device regions.
【請求項3】前記スラブと前記N形半導体層との中間に
軽くドープしたP形領域をエピタキシャル成長させるス
テップが、さらに含まれることを特徴とする、請求項2
に記載の方法。
3. The method further comprises the step of epitaxially growing a lightly doped P-type region between the slab and the N-type semiconductor layer.
The method described in.
【請求項4】前記埋込サブ・コレクタ領域と前記スラブ
の中間における前記第1のデバイス領域に多量にドープ
したN形埋込領域を形成するステップが、さらに含まれ
ることと、前記N形埋込領域が、前記第2のデバイス領
域における前記N形サブ・コレクタ領域と同時に形成さ
れることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
4. Forming a heavily doped N-type buried region in the first device region intermediate the buried sub-collector region and the slab; 3. The method of claim 2, wherein a containing region is formed simultaneously with the N-type sub-collector region in the second device region.
【請求項5】前記第1のデバイス領域の表面から前記第
1のデバイス領域における前記N形埋込領域に接触する
ことになるN形の全域に及ぶ領域を形成するステップが
、さらに含まれることを特徴とする、請求項3に記載の
方法。
5. The method further comprises forming an N-type full range region from a surface of the first device region to contact the N-type buried region in the first device region. 4. A method according to claim 3, characterized in that:
【請求項6】前記第2のデバイス領域の表面から前記第
2のデバイス領域における前記サブ・コレクタ領域に接
触することになるN形の全域に及ぶ領域を形成するステ
ップが、さらに含まれることを特徴とする、請求項1に
記載の方法。
6. The method further comprises forming an N-shaped spanning region from a surface of the second device region to contact the sub-collector region in the second device region. A method according to claim 1, characterized in that:
【請求項7】前記第1のデバイス領域の表面から前記第
1のデバイス領域における前記P形サブ・コレクタ領域
に接触することになるP形の全域に及ぶ領域を形成する
ステップが、さらに含まれることを特徴とする、請求項
1に記載の方法。
7. The method further comprises forming a P-type full-length region that will contact the P-type sub-collector region in the first device region from a surface of the first device region. A method according to claim 1, characterized in that.
【請求項8】Pドープしたポリシリコンの前記層を形成
する前記ステップの実施前に、前記第1と第2のデバイ
ス領域の表面に重ねて絶縁材料の層を形成するステップ
と、絶縁材料の前記層にパターン形成を施して、前記第
1と第2のデバイス領域のそれぞれの一部を露出させる
ようにするステップと、がさらに含まれることを特徴と
する、請求項1に記載の方法。
8. prior to performing said step of forming said layer of P-doped polysilicon, forming a layer of insulating material overlying surfaces of said first and second device regions; 2. The method of claim 1, further comprising patterning the layer to expose a portion of each of the first and second device regions.
【請求項9】パターン形成を施された、Pドープしたポ
リシリコン層に前記絶縁層を形成する前記ステップに、
Pドープしたポリシリコンの前記層の露出したエッジに
、絶縁層料の側壁を形成するステップが含まれることを
特徴とする、請求項1に記載の方法。
9. The step of forming the insulating layer on a patterned P-doped polysilicon layer comprises:
2. The method of claim 1, further comprising the step of forming sidewalls of insulating layer material at exposed edges of the layer of P-doped polysilicon.
【請求項10】Pドープしたポリシリコンの前記層にパ
ターン形成する前記ステップの後、不純物を蒸着させる
ことによって、前記第2のデバイス領域にP形付随的ベ
ース領域を形成するステップが、さらに含まれることを
特徴とする、請求項1に記載の方法。
10. After the step of patterning the layer of P-doped polysilicon, the method further comprises forming a P-type collateral base region in the second device region by depositing impurities. 2. The method according to claim 1, characterized in that:
【請求項11】前記第1のデバイス領域における前記N
形ベース領域の表面の一部を除去し、前記N形ベース領
域に凹所を形成するステップと、前記最後に述べた除去
ステップによって形成された前記N形ベース領域の壁面
に絶縁を施すステップとが、さらに含まれており、それ
によって、前記第2のデバイス領域に関する前記ベース
接点が、前記凹所内に少なくとも部分的に形成されるこ
とを特徴とする、請求項1に記載の方法。
11. The N in the first device region
removing a portion of the surface of the N-shaped base region to form a recess in the N-shaped base region; and providing insulation to the walls of the N-shaped base region formed by the last-mentioned removal step. 2. The method of claim 1, further comprising: whereby the base contact for the second device region is formed at least partially within the recess.
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